Practica 1 Electronica Analogica

 

Guía de Práctica de aplicación y experimentación de los aprendizajes de la Universidad Politécnica Salesiana Carrera: Unidad Básica Nivel: 3 Unidad de Organización Organización curricular Básica  Asignatura: Electrónica analógica analógica Grupo: 1 Resultados de aprendizaje aprendizaje Conoce los fundamentos del

Indicador de logro:

transistor análisis enBJT DCyyFET, AC. para realizar Define y clasifica los tipos de filtros. Realiza los diagramas de Bode de los filtros Diferencia el comportamiento de un circuito RC con señales de valor continuo y con señales de valor discreto (Régimen Impulsivo). Construye y verifica el funcionamiento de filtros. Experimentaci Experimentación-simulaci ón-simulación ón

Tipo Práctica: Objetivo General  Analizar el comportamiento comportamiento en corriente directa directa (DC) y corriente corriente alterna (AC) (AC) de los siguientes filtros pasivos: •  Filtro pasa bajo   Filtro pasa alto ••  Filtro pasa banda •  Filtro rechazo banda

Objetivos específicos 1. Familiarizarse Familiarizar se con las técnicas de diseño de filtros filtr os pasivos 2. Analizar el comportamiento de un filtro pasivo en el dominio de la frecuencia 3. Analizar el comportamiento comportamient o de un filtro pasivo en el dominio del tiempo 4. Determinar las frecuencias de corte de los diferentes filtros pasivos 5. Determinar el ORDEN de un filtro pasivo tomando como referencia la velocidad de atenuación o pendiente del diagrama de Bode. Materiales necesarios Descripción Resistor de 15 Kohm Resistor de 1,5 Kohm Resistor de 7,5 Kohm Capacitor cerámico de 1nF /25v ( 0.001uF = código 102) Capacitor cerámico de 100nF/25v (0,1uF = código 104) Capacitor cerámico de 2nF/25v (0,002uF = código 202) Instrumentos necesarios

Cantidad 3 2 1 3 2 1

Descripción Osciloscopio Osciloscop io de dos canales (ancho de banda: 20 MHz o superior) Generador de señal senoidal de amplitud y frecuencia variable. Multímetro digital Tarjeta de adquisición adquisición de datos NI NI ELVIS II+ o NI NI myDAQ myDAQ (opcional) (opcional) Programa de simulación Simulador de circuitos: MULTISIM

Cantidad 3 2 1 3

 

Procedimiento FILTRO PASO BAJO 1.- Inicialmente verificaremos la operación del filtro paso bajo de la Figura 1. Arme este circuito sobre MULTISIM y/o protoboard como se muestra en la Figura 2 y conecte los instrumentos de medición (generador de señales y osciloscopio) en la forma indicada. 2.- Calcule la frecuencia de corte del filtro

Fc =

1

2 *   * R *C  1 

F = c 2 * *15k  * 0.001uF   Fc = 10.61 kHz 

Figura 1: filtro paso bajo Fuente: CEKIT

Osciloscopio XSC1

Graficador de diagrama de Bode Ext Trig +  _

Generador de funciones XFG1

 A +  _ + _

XBP1

B 

IN

COM

R1 15kΩ 

C1 0.001µF

Figura 2

OUT

 

3.- Seleccione en el generador la salida de onda senoidal y obtenga una señal de 10 KHz con una amplitud de 2Vp sin nivel D.C. Calibre el osciloscopio en el modo de acoplamiento A.C. y ajuste los controles de la base de tiempo, sensibilidad vertical, nivel, etc. de cada canal de modo que tanto la señal de entrada del filtro (ViLp, canal 1) como la de salida (VoLp, canal 2) del mismo sean visibles de manera adecuada. 4.- Sin alterar la amplitud de la señal de entrada, varíe lentamente la frecuencia de la señal del generador desde su valor mínimo, por ejemplo, 10 Hz, hasta su valor máximo, digamos 1 MHz. Observe lo que sucede con la amplitud de la señal de salida del filtro (VoLp). Notará que esta última prácticamente no cambia dentro de un amplio rango por debajo de 10 KHz y comienza a disminuir a partir de entonces, extinguiéndose extinguiénd ose a altas frecuencias. 5.- Complete la Tabla 1. El porcentaje de error se debe calcular para la ganancia de voltaje adimensional (G=Vo p / Vi p) entre el valor simulado y el real . Vo p [V]

G=Vo p / Vi p

G[dB]

Error (%)

Frec [KHz] Simulado

0.01 0.1 1 5 10 20 40 50 100 1000

Real

Simulado

Real

-1.97

-1.97

-0.999

-0.999

-1.97

-1.97

-1.015

-1.015

-1.44

-1.44

-1.381

-1.381

-0.407

-0.407

-4.889

-4.889

-0.208

-0.208

-9.567

-9.567

-0.104

-0.104

-19.13

-19.13

-0.0521

-0.0521

-38.195

-38.195

-0.0417

-0.0417

-47.721

-47.721

-0.0208

-0.0208

-95.673

-95.673

-0.0208

-0.0208

-95.673

Simulado

Real

-95.673

Tabla 1: Cálculo de voltaje y ganancia de un filtro paso bajo

•  Para calcular la ganancia del filtro en decibel, use la ecuación (1): G[dB]= 

Vo         pVo    Vi   p  

20 *log *log

(1)

6.- Sin alterar la amplitud de la señal de entrada, determine la frecuencia de corte (Fc) variando la frecuencia de la señal del generador hasta encontrar el punto donde la amplitud de la señal de salida del filtro (Vo p) se reduce al 70.7% del valor pico del voltaje de entrada. 7.- Sin alterar la amplitud de la señal de entrada, determine la pendiente (m) de caída del filtro en dB / década. Para este efecto se tomará como primer punto de la pendiente el punto ubicado una década después de Fc, y como segundo el punto ubicado a dos décadas después de Fc (ver Figura 3). Complete la Tabla 2.

 

Figura 3 Ganancias Valor G1[dB] a 100 KHz G2[dB] a 1000 Khz m Tabla 2: Cálculo de la pendiente de un filtro paso m

= 

G 2

−  G 1

dec

8.- Determine el “ORDEN” del filtro con los datos obtenidos en la Tabla 2 e incluya este dato en su informe. FILTRO PASO ALTO 9.- Ahora verificaremos la operación del filtro paso alto de la Figura 4. Arme este circuito sobre MULTISIM y/o protoboard como se muestra en la Figura 5 y conecte los instrumentos de medición (generador de señales y osciloscopio) en la forma indicada. 10.- Calcule la frecuencia de corte del filtro

Fc =

1 2 *   * R *C  1

F = c 2 *  

*1.5k  * 0.1uF

Fc = 1.061 kHz 

Figura 4: Filtro paso alto Fuente: CEKIT

 

 

XSC2

Graficador de diagrama de Bode Ext Trig +

Generador de funciones

XBP2

 _

XFG2

 A +  _ + _

B 

IN

COM

OUT

C2 0.1µF 

R2 1.5k Ω 

Figura 5 11.- Repita el paso 3 con una onda senoidal de 1 KHz y 2 Vp. 12.- Sin alterar la amplitud de la señal de entrada, variar lentamente la frecuencia del generador desde su valor máximo, por ejemplo 1 MHz, hasta su valor mínimo, digamos 10 Hz, ¿Qué sucede con la amplitud de la señal de salida del filtro (VoLP)?. 13.- Complete la Tabla 3. El porcentaje de error se debe calcular para la ganancia de voltaje adimensional (G=Vo p / Vi p) entre el valor simulado y el real .

Vo p [V]

G=Vo p / Vi p

G[dB]

Error (%)

Frec [KHz] Simulado

Real

Simulado

1000 500 200

-1.99

-1

-1.99 

-1 

-2

-0.995

100 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.01

-2.01

-0.990

-1.38

-1.442

-0.847

-2.349

-0.372

-5.348

-0.188

-10.63

-0.0949

-21.07

-0.0188

-104.78

Real

Simulado

Real

Tabla 3: Cálculo de voltaje y ganancia de un filtro paso alto 14.- Repita el paso 6. 15.- Sin alterar la amplitud de la señal de entrada, determine la pendiente (m) de subida del filtro en dB / década. Para este efecto se tomará como primer punto de la pendiente el punto ubicado una década antes de Fc, y como segundo el punto ubicado a dos décadas antes de Fc (ver Figura 6). Complete la Tabla 4.

 

Figura 6 Ganancias Valor G1[dB] a 100 KHz G2[dB] a 1000 KHz m Tabla 4: Cálculo de la pendiente de un filtro alto

m

= 

G 1

−  G 2

dec

16.- Determine el “ORDEN” del filtro con los datos obtenidos en la Tabla 4 e incluya este dato en su informe. FILTRO PASO BANDA 17.- Aplique los conocimientos adquiridos para realizar con ambos filtros (pasa bajopaso alto) un filtro, paso banda, con frecuencias de corte en 1 KHz y 10 KHz como se muestra en la Figura 7.

Osciloscopio XSC1

Ext Trig +

Generador de funciones

Graficador de diagrama de Bode XBP1

 _   A + _ + _

XFG2

B 

IN COM 

C2

R1 15k 15kΩ Ω 

0.1µF R2 1.5k Ω 

Figura 7: Filtro paso banda

C1 0.001µF

OUT  

 

18.- Complete la Tabla 5. El porcentaje de error se debe calcular para la ganancia de voltaje adimensional (G=Vo p / Vi p) entre el valor simulado y el real. G=Vo p / Vi p

Vo p [V]

G[dB]

Error (%)

Frec [KHz] Simulado 0.1 0.5 1 5 10 100 1000

Real

Simulado

-0.187

-10.64

-0.750

-2.666

-0.941

-2.093

-0.444

-4.481

-0.232

-8.577

-0.0235

-84.680

-0.0235

-84.680

Real

Simulado

Real

Tabla 5: Cálculo de voltaje y ganancia de un filtro paso banda FILTRO RECHAZO RECHAZO BA NDA 19.- Por último verificaremos la operación de un filtro rechazo banda como se muestra en la Figura 8. Arme sobre MULTISIM y/o protoboard este circuito y conecte los instrumentos de medición (generador de señales y osciloscopio) en la forma indicada. XSC2  XSC2  

XBP2  XBP2  

Ext Trig +  _  A + _ + _

B 

IN

XFG1  XFG1  

COM 

V

R4

R3

15k Ω 

15k Ω 

PR2   PR2 C4

C3   C3 

0.001µF   0.001µF

0.01

µF  µF 

C5 C5  

R5 7.5kΩ

0.02

µF  µF 

 

Figura 8: Filtro rechazo banda

V

PR1   PR1

OUT  

 

 

20.- Calcule la frecuencia central del filtro

1

Fo =

2 *   * R *C  1

F = o 2 *  

*15k  * 0.001uF

Fo = 10.61 kHz  21.- Complete la Tabla 6. El porcentaje de error se debe calcular para la ganancia de voltaje adimensional (G=Vo p / Vi p) entre el valor simulado y el real . Vo p [V]

G=Vo p / Vi p

G[dB]

Error (%)

Frec [KHz] Simulado

0.01 0.1 5 10 20 100 1000

Real

Simulado

-1.94

-1.02

-0.768

-2.578

-1.63

-1.21

-1.97

-1.010

-2.1

-0.94

-2.05

-0.970

-1.97

-1

Real

Simulado

Real

Tabla 6: Cálculo de voltaje y ganancia de un filtro rechazo banda Bibliografía Para el desarrollo de esta práctica de laboratorio se usó las siguientes referencias bibliográficas:

  R. Boylestad; “Electrónica: Teoría De Circuitos Y Dispositivos Electrónicos”; Editorial

•

Prentice Hall / Pearson Educación, Décima Edición; México, 2009, 912 91 2 P.    T. Floyd; “Electronic Device”;Editorial Prentice Hall / Pearson Education;  2012.     A. Eroglu; “RF CiRCuit DesignteChniquesfor MF-uhF AppliCAtions”; CRC Press; 2013     A. Malvino; “Principios de Electrónica” Editorial McGraw Hill; Sexta Edición; España, 2000 

•

•

•

• •

  Revista de Electrónica. CEKIT    https://www.ni.com/es-cr/support/downloads/softwareproducts/download.multisim.h products/downl oad.multisim.html#312060 tml#312060